工廠三維虛擬現(xiàn)實集成軟件平臺新技術(shù)精

1、工廠資產(chǎn)是工廠建設投資的主體，也是企業(yè)生產(chǎn)運營的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此備受經(jīng) 營管理者的關(guān)注。企業(yè)管理的實質(zhì)是資產(chǎn)及資產(chǎn)回報率（ROA管理。盡管資產(chǎn)管理 是老生常談，但是使用3D模型模擬、標識并管理所有的資產(chǎn),實現(xiàn)資產(chǎn)管理和利用 自動化，則是全新的理念。確切地了解和掌握資產(chǎn)狀況,既可以有效地進行運行和維 護,又可以為持續(xù)發(fā)展做更準確的分析，幫助提升生產(chǎn)效率和資產(chǎn)利用率，最終獲得更 高的資產(chǎn)回報率。INOVx解決方案是一個創(chuàng)新的以資產(chǎn)為中心的軟件平臺（Innovative AssetCentric Software Platform，將大量復雜的工廠資產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為容易理解和以業(yè)務 導向的信息，以表現(xiàn)

2、資產(chǎn)真實物理狀況的三維工廠電子模型為基礎(chǔ),并且無縫集成各種工廠企業(yè)信息系統(tǒng)，如ERP、MES、實時數(shù)據(jù)庫、工程、檢測、運行、維護以及文檔管理（Document Management等系統(tǒng)。是重 點針對流程工業(yè)的支持企業(yè)資產(chǎn)管理（EAM的先進虛擬現(xiàn)實軟件，提供EAM端到端 的集成的虛擬現(xiàn)實解決方案，如圖1所示。重點用于企業(yè)資產(chǎn)運行管理、安全管 理、規(guī)章管理、員工培訓和維修管理，以提升工廠的生產(chǎn)效率、安全水平和決策能 力。虛擬化是流程工業(yè)，諸如石油、化工、公用工程等領(lǐng)域集約化、精細化資產(chǎn)管理的下一代流行新技 術(shù)。目前已被 ExxonMobil、BP、Amoco、Chevron、ConocoPhil

3、lips、Esso Imperial Oil、Shell Oil、Shell Chemicals、Union Carbide、Arco、BASF、Bayer、 Dow、DuPont等世界知名石油、石化公司以及Fluor Daniel、Toyo長志檁工廠三維虛擬現(xiàn)實集成軟件平臺新技術(shù)圖1 EAM端到端的集成的虛擬現(xiàn)實解決方案Engineering等工程喪、采購（P、建設（C、咨詢等公司廣泛采用。INOVx提供高精度表述工廠實際的三維模型,并且通過集成訪問所有數(shù)據(jù)。猶 如在虛擬現(xiàn)實世界中漫步，觸摸一根管道即可在屏幕上顯示管道相關(guān)信息，例如位 號、尺寸、材料、規(guī)格、厚度、流經(jīng)管道液體的溫度、壓力以及

4、最近一次檢查日 期、下次計劃檢修時間等所有相關(guān)信息。INOVx把這種以最自然的方式獲取已有 資產(chǎn)數(shù)據(jù)叫做”工廠虛擬化或虛擬現(xiàn)實”。INOVx解決方案INOVx解決方案有兩個核心技術(shù)。一是生成代表工廠竣Has-built數(shù)據(jù)的三維 電子模型（Electronic Plant Model。在虛擬現(xiàn)實技術(shù)方面,以往的活動視頻影像不足以 與信息集成,取而代之的首選則是新興的精確三維電子模型。二是智能三維模型與 現(xiàn)有的工廠應用系統(tǒng)集成。INOVx產(chǎn)品包括3D PlantLINx用來為現(xiàn)有和新建裝置制作3D模型;RealityLINx獲取存在于不 同信息系統(tǒng)中大量的資產(chǎn)數(shù)據(jù)，使更多跨組織、跨部門的各級、各

5、類業(yè)務人員訪問這些系統(tǒng),提升與擴展現(xiàn)有資產(chǎn) 數(shù)據(jù)的價值。INOVx解決方案主要通過虛擬化和資產(chǎn)文檔化,實現(xiàn)虛擬化的、集成的應用。 資產(chǎn)文檔化服務是工廠從沒有三維資產(chǎn)模型到準備實現(xiàn)RealityLINx的起點。它為 工廠創(chuàng)建一個能夠精確表達竣工資產(chǎn)的模型。再與RealityLINx結(jié)合，即可成為改 變傳INOVx的核心軟件之一,是資產(chǎn)文檔化的技術(shù)基石,是模型與其他各種企業(yè)應用 系統(tǒng)鏈接的基礎(chǔ)?？煞奖愫喗莸孬@取3D CAD的工廠配置或處理轉(zhuǎn)化激光掃描儀 的圖像。對已有3D模型的新建廠，只需1-2個月即可完成資產(chǎn)文檔化。此項工作可 以自己完成,也可由專業(yè)咨詢公司實現(xiàn)。INOVx將資產(chǎn)文檔化服務分為以

6、下幾步，見圖2。ChinaAll rights reserved.PuhlUbmgllQuw,hltpy/ HYPERLINK Journal ElwtrQiiw圖2資產(chǎn)文檔化服務步驟示意第一步，使用三維掃描儀獲取工廠竣工數(shù)據(jù);軟件創(chuàng)作工廠物理數(shù)據(jù)庫，將掃描圖像轉(zhuǎn)換為三維模型；第三步，由智能適配器將三維模型與其他資產(chǎn)管理系統(tǒng)集成。INOVx使用先進精確的三維激光掃描技術(shù)，獲取工廠三維模型數(shù)據(jù)，非常高效。 已經(jīng)完成了 300多個項目,大多數(shù)在復雜工廠環(huán)境下。PlantLINx將激光掃描儀（如 Leica、Z&F、FARO等的掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為準確的、按比例縮放的、代表工廠實際 狀況的資產(chǎn)模型。例如F

7、ARO Laser Scanner LS是便攜式的計算機測量系統(tǒng)。在 80米范圍內(nèi)，通過360度全方位掃描，創(chuàng)建高分辨率、3-D數(shù)字式“影像”。每秒采集 十二萬個點，系統(tǒng)配置手提電腦可繪制及記錄物體所有的3D尺寸，精度高達3毫 米。采集到的數(shù)據(jù)可用來創(chuàng)建數(shù)字模型,或是針對任何所需的高精度3-D尺寸與已 有的模型進行評估和分析。資產(chǎn)智能（例如AVEVA PDMS，Intergraph PDS， AutoCAD，Autodesk，Bentley MicroStation 以及其他的主流 CAD 系統(tǒng)的 P&ID 等數(shù) 據(jù)被加入到三維模型，因此建成一個功能更加豐富的智能模型。資產(chǎn)模型和數(shù)據(jù)庫 代表竣

8、工工廠。模型可以導出到主流的CAD系統(tǒng)作為重要工程及在建工程的修改 基礎(chǔ)。INOVx研發(fā)了唯一的、先進的軟件工具,保證與CAD系統(tǒng)兼容，反映在最新 基準上的工廠資產(chǎn)變化。解決方案的另一核心軟件是RealityLINx。RealityLINx是資產(chǎn)模型瀏覽和導航 的基礎(chǔ)平臺，并且通過INOVx的智能適配器（Intelligent Adapters獲取企業(yè)所有資產(chǎn) 數(shù)據(jù)。許多專業(yè)業(yè)務應用構(gòu)建于該平臺之上，將各種具體業(yè)務功能集成。并成為企 業(yè)資產(chǎn)管理的統(tǒng)一門戶（Common Portal oINOVxz智能適配器在資產(chǎn)模型和外部系統(tǒng)間提供實時的相關(guān)鏈接和導入導出, 外部系統(tǒng)包括ERP（例如SAP、靜

9、設備檢驗維護軟件（Metegrity、生產(chǎn)操作系統(tǒng)（例 如 OSIsoft PI、SCADA、Honeywell、設備檢驗（例如 Meridium、UltraPipe、運行調(diào) 度、設備維護系統(tǒng)（例如 SAP PM, MRO Maximo、CAD（intergraph、Autocad等、文 檔管理系統(tǒng)（例如Documentum及工廠其他系統(tǒng)。基于這些鏈接,INOVx為工廠不同的業(yè)務單元量身定做了各種應用。這些應用為所有資產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)提供單點登錄訪問 的設計理念。智能化虛擬技術(shù)幫助石油企業(yè)應對挑戰(zhàn)安全最重要一保證一個安全的工作環(huán)境和習慣需要員工具有豐富知識和良好培 訓。如何以最自然的方式培訓員工并且

10、以清晰的方式表述工作任務？知識豐富的勞動力基本上到了退休年齡一大多數(shù)工廠員工有經(jīng)驗鴻溝。如何清 晰的傳遞知識，使新員工具有豐富的經(jīng)驗？挖掘現(xiàn)有投資的價值一許多技術(shù)在工廠已經(jīng)存在，但是獲取是非常有挑戰(zhàn)性 的。如何用最自然的交互方式獲取這些技術(shù)？知道工廠有什么資產(chǎn)和在哪里一許多老廠面臨這個挑戰(zhàn)。是否有非常簡單的方 式精確的將工廠資產(chǎn)文檔化？維護任務由合同工人進行一這是石油行業(yè)慣例。如何保證這些合同工人具有豐 富的知識,并且能夠完成指定的任務？符合規(guī)章一熟悉規(guī)范并且遵守規(guī)范。如何使員工知道并且遵守規(guī)范？虛擬化是“改變傳統(tǒng)工作方式或游戲規(guī)則”的技術(shù),它能夠助石油工業(yè)應對這些 挑戰(zhàn)。這些技術(shù)應用在：IN

11、OVx虛擬化解決方案幫助資產(chǎn)密集型企業(yè)改變傳統(tǒng)工作習慣，這些領(lǐng)域包括: 安全、遵守規(guī)章、操作和維護等。范例描述如下：應急方案一一虛擬化在應急預案和實施上作用重大。在計劃階段，使用精確的 三維模型確定車輛行駛路線。當事故發(fā)生時，三維模型幫助定位關(guān)鍵閥門及幫助應 對小組及時趕到現(xiàn)場。指揮中心能夠以前所未有的清晰方式調(diào)度協(xié)調(diào)。安全演習設計一一當工程建設完成后，設計安全概查（Walk路線需要想象力和時 間。使用虛擬化后有兩個重要變化：（1在設計階段即可進行模擬安全演練，避免產(chǎn)生巨大的工 程變更；（2安全演練可以通過互聯(lián)網(wǎng)會議平臺在會議室進行，相關(guān)人員可上線演練并 且進行協(xié)作。遵守規(guī)章 執(zhí)行規(guī)章變得簡單

12、。工廠相關(guān)人員精確和一致地遵守規(guī)章制度。 由于虛擬化是準確的并且直觀的，接近真實地檢查瀏覽和直觀地確定操作步驟，并且 迅速避免操作錯誤。知識獲取將信息加入虛擬模型，從經(jīng)驗豐富的人員獲取操作規(guī)程，定義安全 操作步驟,并且與物理設備關(guān)聯(lián)，指導經(jīng)驗較少的員工工作。維護工單一以前維護工單以文本方式存入計算機，難于獲取，在很大程度上依 賴于經(jīng)驗和知識。通過虛擬化模型有許多提高：（1工單被視作設備及相關(guān)過程需要 的;（2工作計劃保證相鄰工作人員不互相干擾,并且將合適的工具放入指定地點;（3通 過基于顏色編碼的資產(chǎn)模型，計劃人員可以看到已計劃的、正在進行的和完成狀態(tài) 的工單。清晰的交流通常情況下,經(jīng)驗豐富的

13、操作人員指導缺乏經(jīng)驗的人員。為避 免交流障礙，操作人員通常需要有正確理解相關(guān)設備的操作方法。通過虛擬化模型， 可以在工作現(xiàn)場，交流清晰，節(jié)省時間。管道、容器完整性檢查通過虛擬化模型，檢測點可以根據(jù)地理位置在模型 中標記。檢查人員可以非常容易地查找、定位和審核，或讀取歷史數(shù)據(jù)。然后將資 產(chǎn)的物理數(shù)據(jù)和相關(guān)的腐蝕數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)，可以使用新方法進行腐蝕趨勢分析，并對 高腐蝕區(qū)域進行根源分析。此外，將虛擬化模型與所需技術(shù)檢測時間和材料需求相 結(jié)合，優(yōu)化檢測計劃。災難情景培訓災難培訓非常重要，需要用大量時間說明情況和可能的行 動。通過虛擬模型,可以進行評審、討論和精煉各種情景的可能應對行動，并且確認 每個

14、人行動的生存能力和可接受程度。瞬間泄漏分析使用泄漏檢測器并使用虛擬模型精確定位和記錄數(shù)據(jù)，監(jiān)控 潛在瞬間排放源。分析可能的關(guān)聯(lián)設備，采取措施消除事故。虛擬化使技術(shù)路線優(yōu) 化，并且提供有效手段對計劃和執(zhí)行進行檢測和監(jiān)控。統(tǒng)一的可視化門戶一一工廠人員可以在虛擬模型中導航,并且針對資產(chǎn)設備進 行查詢。模型有無限多的查詢，并以接近真實的、顏色編碼的方式呈現(xiàn)結(jié)果。所有 工廠數(shù)據(jù)都可以以上述方式獲取，包括收集、歸類和存檔的歷史數(shù)據(jù)和企業(yè)系統(tǒng)。這項新技術(shù)的潛力現(xiàn)在已經(jīng)完全實現(xiàn)。虛擬化帶來了與過程控制（DCS給工廠 操作類似的功能,促進生產(chǎn)率提高和提供通用的工作方式。并有趨勢顯示，三位可視 化將取代DCS的人

15、機交互方式。解決方案的簡便性3.1如何實施INOVx解決方案容易實施和上線。它不是復制或代替現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),而是通 過統(tǒng)一的、用戶友好的虛擬門戶,在整個工廠擴展其價值。僅需一天的RealityLINx 培訓，最終用戶即可在桌面系統(tǒng)上熟練地導航和瀏覽工廠資產(chǎn)數(shù)據(jù)和進行基本操作, 包括定位特定設備，查看其相關(guān)狀態(tài);通過右擊，創(chuàng)建該設備工單,查看系統(tǒng)邊界、安 全操作步驟和隔離點、交接班日志。對于已經(jīng)使用三維資產(chǎn)模型的工廠，解決方案 更加容易實現(xiàn)，只取決于集成的企業(yè)系統(tǒng)數(shù)量。一般在一到兩個月完成。如果沒有三維資產(chǎn)模型，則提供交鑰匙解決方案,實施取決于資產(chǎn)文檔化服務，進 行三維激光掃描和交付智能模型，并

16、將其他企業(yè)系統(tǒng)集成。3.2如何使用可以從視圖上直接查詢工廠維護信息。例如可對當天計劃執(zhí)行的所有工單用顏 色標識，然后點擊設備的某個位置，即可顯示詳細的工單信息。想定位一個特定過程單元的所有安全閥嗎?只需一個簡單查詢，所有安全閥即可 在模型視圖中高亮顯示。不僅可以查看位置，并且檢查當前操作數(shù)據(jù)（直接來自DCS/PI。也可對 一臺設備進行高亮顯示，右擊鼠標即可顯示相關(guān)文檔。資產(chǎn)管理人員對資產(chǎn)數(shù)據(jù)進行管理的過程是高度自動化的。對于使用人工過程 維護獨立圖紙而言,這是一個很大的變革。由于每個人關(guān)注于同一模型，差異會很快 發(fā)現(xiàn)和改正?？梢詫①Y產(chǎn)模型視為自我調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)庫，這將進一步增加它的價值和信 任度。并

17、體現(xiàn)準確的竣工信息價值。成功案例4.1殼牌（加拿大加拿大Alberta煉油廠改造問題:需要一個精確的、可靠的應用于腐蝕監(jiān)控和檢測的資產(chǎn)信息竣工基準。解決方案:以現(xiàn)有三維模型為起點，為檢測小組提供獲取可視化資產(chǎn)和物理數(shù)據(jù) 的統(tǒng)一門戶視圖。將虛擬模型與檢測和腐蝕數(shù)據(jù)庫（Metegrity進行關(guān)聯(lián)，包括腐蝕環(huán) 和厚度檢測等。益處:通過較短時間，使腐蝕狀況數(shù)據(jù)精確的文檔化,通過直接使用現(xiàn)有模型避免 繪制新圖紙,節(jié)省費用超過100萬美元；竣工圖完成時間低于計劃的一半。降低了費 用，優(yōu)化了腐蝕檢測工作，用戶每天可節(jié)約1-2小時。所需信息更容易獲取。計劃外 工作減少，更加快速地維修和預防性維護。4.2 美國

18、（Chevron，ConocoPhillips 和 PDVSA 合資公司升級 VenezuelasOrinoco Oil Belt 煉油廠問題:需要種準確可靠的，在工廠范圍內(nèi)識別腐蝕檢測點（Thickness MonitoringLocations , TMLs以及支持檢測過程的工具。解決方案:使用RealityLINx作為維護和可靠性管理人員的統(tǒng)一門戶，獲取和瀏 覽資產(chǎn)和物流數(shù)據(jù)。將三維模型與檢測腐蝕數(shù)據(jù)庫（Visions, Metegrity關(guān)聯(lián)。益處:檢測小組工作效率提高25%-30%。可靠性員工可在很短時間內(nèi)隔離問題 區(qū)域;在某些情況下可將整個時間縮短80%。4.3 Ameriven質(zhì)量提升項目為檢測小組提供支持工具作為工廠生命周期管理的重要部分。INOVx解決方 案被選作質(zhì)量提升單元用于檢測。INOVx系統(tǒng)主要用于以下兩個方面: